Die Auswahl des geeigneten Schrittmotors für eine Anwendung hängt von mehreren Schlüsselfaktoren ab, von denen einer der wichtigsten die Trägheit des Motors und seiner Last ist. Die richtige Abstimmung der Trägheit des Motors auf die Trägheit der Last kann die Leistung und Effizienz eines Systems erheblich beeinflussen. In diesem Artikel werden die Konzepte der Motorträgheit und der Lastträgheit untersucht, wie man auf der Grundlage dieser Faktoren den richtigen Schrittmotor auswählt und wie man Herausforderungen im Zusammenhang mit hoher Trägheit bei Schrittmotoren bewältigt.

Trägheit bei Schrittmotoren verstehen

Im Zusammenhang mit Schrittmotoren bezieht sich Trägheit auf den Widerstand des Rotors des Motors und der angeschlossenen Last gegenüber Änderungen der Drehzahl. Diese Eigenschaft spielt eine entscheidende Rolle für die Leistung des Motors und beeinflusst Aspekte wie Beschleunigung, Verzögerung und allgemeine Reaktionsfähigkeit.

Trägheit des Schrittmotors selbst

Die Trägheit eines Schrittmotors bezieht sich auf die Trägheit seines Rotors. Dies ist ein fester Wert, der durch die Konstruktion des Motors bestimmt wird, einschließlich der Größe und Massenverteilung des Rotors. Die Rotorträgheit beeinflusst die Beschleunigungs- und Verzögerungsfähigkeit des Motors. Ein Motor mit höherer Rotorträgheit braucht länger zum Starten und Stoppen, kann aber unter stabilen Bedingungen einen gleichmäßigeren Betrieb gewährleisten.

Wichtige Überlegungen:

• Geringe Rotorträgheit: Ermöglicht schnelle Reaktion und schnelle Beschleunigung und ist daher für Anwendungen geeignet, die schnelle, präzise Bewegungen erfordern.
• Große Rotorträgheit: Bietet Stabilität und einen gleichmäßigeren Betrieb, beschleunigt und verzögert jedoch langsamer, was bei Anwendungen von Vorteil sein kann, die weniger häufige Bewegungen erfordern.

Trägheit der Last

Die Lastträgheit bezieht sich auf die Trägheit des Objekts oder Mechanismus, den der Motor antreibt. Dies können Komponenten wie Zahnräder, Riemen, Riemenscheiben oder jede andere Maschine sein, die an der Motorwelle befestigt ist. Die Trägheit der Last wird häufig anhand ihrer Auswirkung auf den Motor gemessen und als Trägheitsmoment ausgedrückt.

Wichtige Überlegungen:

• Hohe Lastträgheit: Der Motor muss die Last stärker beschleunigen und verlangsamen, was zu Leistungsproblemen führen kann, wenn es nicht richtig auf die Fähigkeiten des Motors abgestimmt ist.
• Geringe Lastträgheit: Für den Motor leichter zu handhaben, was schnellere und präzisere Bewegungen ermöglicht.

Motorträgheit mit Lastträgheit abstimmen

Um eine optimale Leistung zu gewährleisten, müssen die Rotorträgheit des Motors und die Lastträgheit ausgewogen sein. Ein gut abgestimmtes System kann eine höhere Beschleunigung, bessere Präzision und einen effizienteren Betrieb erreichen. So bestimmen Sie die geeignete Trägheitsübereinstimmung:

Ideales Trägheitsverhältnis

Eine allgemein akzeptierte Richtlinie zur Auswahl der Trägheit eines Schrittmotors im Verhältnis zu seiner Last ist die Einhaltung eines Trägheitsverhältnisses zwischen 1:1 und 1:10. Dies bedeutet, dass die Lastträgheit zwischen dem 1- und 10-fachen der Rotorträgheit des Motors liegen sollte. Ein ideales Verhältnis stellt sicher, dass der Motor die Last effektiv und ohne übermäßige Belastung beschleunigen und verlangsamen kann.

Berechnen des Trägheitsverhältnisses:

• Bestimmen Sie die Trägheit des Motorrotors: Dieser Wert ist in den technischen Daten des Motors angegeben.
• Berechnen Sie die Lastträgheit: Verwenden Sie die folgende Formel, um die Trägheit der Last zu berechnen:

Jload​=mass×(radius/2​)²

wobei Jload die Lastträgheit, Masse die Masse der Last und Radius der Abstand von der Rotationsachse ist.

• Berechnen Sie das Trägheitsverhältnis:

Inertia Ratio=Jload/Jmotor​

Wenn das Verhältnis im akzeptablen Bereich (1:1 bis 1:10) liegt, gelten Motor und Last als gut aufeinander abgestimmt.

Auswirkungen einer ungeeigneten Trägheitsanpassung

• Hohes Trägheitsverhältnis (> 1:10): Der Motor kann Schwierigkeiten haben, die Last effizient zu beschleunigen und abzubremsen, wenn die Trägheit der Last viel größer ist als seine eigene.
• Dies kann zu schlechter Leistung, verringerter Präzision und einem möglichen Abwürgen des Motors führen.
• Niedriges Trägheitsverhältnis (< 1:1): Wenn die Motorträgheit im Vergleich zur Lastträgheit zu hoch ist, kann das System träge und reaktionsträge werden, was zu ineffizienter Leistung führt.

Lösung des Problems der großen Trägheit bei Schrittmotoren

Große Trägheit kann bei Schrittmotoranwendungen eine Herausforderung darstellen, insbesondere wenn die Lastträgheit deutlich höher ist als die Rotorträgheit des Motors. Hier sind Strategien zur Lösung dieses Problems:

Verwenden Sie eine Untersetzung

Das Hinzufügen eines Untersetzungssystems zwischen Motor und Last kann dazu beitragen, das Trägheitsverhältnis auszugleichen. Neben der Erhöhung des Drehmoments verringert die Untersetzung die Lastträgheit, die sich im Motor widerspiegelt. Dadurch kann der Motor eine höhere Lastträgheit bewältigen und gleichzeitig eine optimale Leistung aufrechterhalten.

Vorteile：

• Verbessert die Drehmomentabgabe.
• Reduziert die vom Motor wahrgenommene Lastträgheit.
• Verbessert die Beschleunigungs- und Verzögerungsfähigkeiten.

Überlegung: Der Einsatz von Getrieben erhöht die Komplexität, die Kosten und den potenziellen Verschleiß im Laufe der Zeit. Daher ist es wichtig, ein Getriebesystem zu wählen, das die spezifischen Anforderungen der Anwendung erfüllt.

Wählen Sie einen Schrittmotor mit höherem Drehmoment

Wenn die Anwendung eine hohe Lastträgheit erfordert, kann die Wahl eines Schrittmotors mit höherem Drehmoment helfen, den erhöhten Lastwiderstand zu überwinden. Motoren mit größeren Rahmen oder speziellen Wicklungen können das notwendige Drehmoment zum Beschleunigen liefernund schwere Lasten abbremsen. Tipp: Wenden Sie sich an die Hersteller von Schrittmotoren, um Modelle zu finden, die höhere Drehmomentwerte bieten und für Anwendungen mit hoher Trägheit ausgelegt sind.

Beschleunigungs- und Verzögerungsprofile optimieren

Das Anpassen der Beschleunigungs- und Verzögerungsprofile des Motors über seinen Treiber oder Controller kann dabei helfen, große Trägheit zu bewältigen. Durch schrittweises Erhöhen der Geschwindigkeit und Verlangsamen des Motors kann die Belastung des Motors reduziert werden, wodurch verpasste Schritte oder ein Abwürgen verhindert werden.

Implementierung:

• Schrittmotortreiber verwenden: Fortschrittliche Schrittmotortreiber enthalten häufig konfigurierbare Einstellungen für Beschleunigung und Verzögerung. Durch Anpassen dieser Einstellungen kann die Leistung des Motors unter Bedingungen mit hoher Trägheit optimiert werden.
• Benutzerdefinierte Steuerungsalgorithmen: Durch benutzerdefinierte Programmierung in Mikrocontrollern oder SPS können die Bewegungsprofile für bestimmte Anwendungen weiter optimiert werden.

Reduzieren Sie die Lastträgheit

Wenn möglich, entwerfen oder modifizieren Sie die Last neu, um ihre Trägheit zu reduzieren. Dies könnte die Verwendung leichterer Materialien, die Änderung der Form oder Größe von Komponenten oder die Verringerung des Abstands zwischen der Last und der Rotationsachse beinhalten.

Praktisches Beispiel:

• Der Wechsel von einer schweren Metallscheibe zu einer leichten Verbundscheibe kann die Lastträgheit erheblich reduzieren und so die Fähigkeit des Motors verbessern, effektiv zu beschleunigen und abzubremsen.

Wie wählt man in der Praxis die richtige Motorträgheit?

Schritt 1: Bestimmen Sie die Anforderungen für die Anwendung.

Finden Sie die genauen Spezifikationen für Ihre Anwendung heraus, wie Drehmoment, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Genauigkeit. Das Verständnis dieser Parameter hilft bei der Definition des akzeptablen Trägheitsbereichs.

Schritt 2: Berechnen Sie die Lastträgheit

Messen oder schätzen Sie die Masse und den Radius aller an den Motor angeschlossenen Komponenten und berechnen Sie die Lastträgheit mit den entsprechenden Formeln.

Schritt 3: Vergleichen und wählen Sie den Motor

Vergleichen Sie die berechnete Lastträgheit mit der Rotorträgheit des Motors. Wählen Sie einen Schrittmotor, bei dem das Verhältnis zwischen Lastträgheit und Motorträgheit im empfohlenen Bereich liegt, um optimale Leistung zu gewährleisten.

Schritt 4: Optimieren Sie das System

Wenn die Lastträgheit höher als ideal ist, implementieren Sie Lösungen wie eine Untersetzung, wählen Sie einen Motor mit höherem Drehmoment oder passen Sie das Beschleunigungsprofil an. Stellen Sie sicher, dass die mechanische Struktur starr ist, und passen Sie die Einstellungen des Motortreibers nach Bedarf an.

Fazit

Damit ein Schrittmotor optimal funktioniert, ist die Auswahl der richtigen Trägheit entscheidend. Hersteller von Schrittmotoren betonen, dass die Rotorträgheit des Motors und die Lastträgheit in einem akzeptablen Bereich übereinstimmen müssen, um eine effiziente Beschleunigung und Verzögerung zu gewährleisten. Bei hoher Lastträgheit können Strategien wie die Verwendung einer Untersetzung, die Auswahl eines Motors mit höherem Drehmoment, die Optimierung von Bewegungsprofilen oder die Reduzierung der Lastträgheit helfen, die Herausforderungen zu bewältigen.